高速發(fā)展的現(xiàn)代生活，讓大眾享受著越來(lái)越便捷的交通，無(wú)論是商務(wù)出行還是旅游，都少不了云端飛行。我們也許都會(huì)記得飛機(jī)上可口的簡(jiǎn)餐，但可能從來(lái)不會(huì)關(guān)心盛裝簡(jiǎn)餐的餐盒是如何生產(chǎn)出來(lái)的。類(lèi)似的餐盒是由塑料板原材料，經(jīng)過(guò)成型機(jī)加，就變成了陪伴大家飛行旅程的伴侶。
圖1 得力仕液壓成型機(jī)
成型機(jī)是成型加工領(lǐng)域中大規(guī)模使用的沖壓設(shè)備，其中以液壓成型機(jī)和機(jī)械式飛輪曲柄成型機(jī)應(yīng)用最為普遍。與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，液壓成型工藝在減輕重量、減少零件數(shù)量和模具數(shù)量、提高剛度與強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本等方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而伺服液壓成型機(jī)在設(shè)備油路系統(tǒng)中通過(guò)采用伺服泵，可在節(jié)約能源的同時(shí)，大幅提高設(shè)備的壓力與位置精度，使產(chǎn)品的質(zhì)量得到更高保障，在工業(yè)領(lǐng)域中也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，是成型機(jī)中當(dāng)之無(wú)愧的“戰(zhàn)斗機(jī)”。
東莞市得力仕機(jī)械科技有限公司(下文簡(jiǎn)稱(chēng)得力仕)是一家液壓機(jī)械生產(chǎn)商，該公司主要產(chǎn)品為伺服液壓成型機(jī)，對(duì)于此類(lèi)成型機(jī)，壓力精度和定位精度是衡量設(shè)備性能的重要指標(biāo)，而該公司為了提高其30?t級(jí)伺服液壓成型機(jī)的壓力精度和定位精度，在新機(jī)型上采用了西門(mén)子運(yùn)動(dòng)控制部應(yīng)用技術(shù)中心和西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化有限公司(SIAS)提供的全套電氣產(chǎn)品解決方案。 此臺(tái)樣機(jī)于2013年上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)前夕投入開(kāi)發(fā)(圖1)，并參加展覽，客戶(hù)一方面對(duì)設(shè)備的位置和壓力精度有很高要求，另一方面希望設(shè)備能在3周內(nèi)完成調(diào)試。所以該項(xiàng)目面臨著開(kāi)發(fā)周期短、開(kāi)發(fā)難度大的種種困難，圖2所示為系統(tǒng)拓?fù)洹?/p>
圖2 得力仕液壓成型機(jī)系統(tǒng)拓?fù)鋱D
液壓機(jī)械是通過(guò)流體進(jìn)行工作的設(shè)備和工具。在這類(lèi)設(shè)備中，液壓油通過(guò)液壓泵以高壓被傳送到設(shè)備中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(滑塊)中，而液壓泵由發(fā)動(dòng)機(jī)或者電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)操縱各種液壓控制閥，控制液壓油以獲得所需的壓力或流量，各液壓元件則通過(guò)液壓管道相連接。
伺服液壓成型機(jī)采用伺服泵作為驅(qū)動(dòng)油路的元件。用伺服電機(jī)來(lái)控制液壓泵，對(duì)液壓缸提供動(dòng)力源，就構(gòu)成伺服泵。與單純動(dòng)力泵區(qū)別在于，動(dòng)力泵輸出功率固定，而伺服泵可以按照需要改變輸出功率大小，根據(jù)不同工況所需供給相應(yīng)流量的液壓油，一方面達(dá)到節(jié)能的目的，另一方面由于伺服電機(jī)可以精確控制液壓泵，使得油路驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(滑塊)運(yùn)行精度大幅提高。
圖3(a)所示為滑塊重要工藝點(diǎn)的3個(gè)位置(A：滑塊初始位置;B：滑塊接觸到待成型物料位置;C：滑塊下壓最低位置)。圖3(b)所示為滑塊不同工藝段的伺服泵流量和液壓系統(tǒng)壓力的對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)。具體工藝如下：
1、階段0(空閑狀態(tài)：滑塊處于位置A)。A滑塊不動(dòng)，處于工作循環(huán)周期的開(kāi)始;B無(wú)流量設(shè)定;C無(wú)壓力設(shè)定(如果是垂直運(yùn)行的滑塊需要附加壓力補(bǔ)償其重力);D對(duì)于垂直運(yùn)行的滑塊，如果工作循環(huán)周期比較長(zhǎng)，可以通過(guò)關(guān)閉油路系統(tǒng)的控制閥，使滑塊停止在該位置。
2、階段1(快下?tīng)顟B(tài)：滑塊由位置A運(yùn)行到位置B)。A滑塊盡可能快地移動(dòng)到待成型物料的位置;B設(shè)定最大流量值;C無(wú)壓力設(shè)定(如果是垂直運(yùn)行的滑塊，其重力可幫助其加速下滑);D此階段可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器壓頻比控制(V/F控制)、速度控制或位置控制實(shí)現(xiàn)。
3、階段2(下壓狀態(tài)：滑塊由位置B運(yùn)行到位置C)。A需要設(shè)定最大流量值20%左右的流量;B需要設(shè)定最大壓力值50%左右的壓力;C需要限制壓力上限值;D需要進(jìn)行精確的位置控制。
4、階段3(保壓狀態(tài)：滑塊處于位置C)。A無(wú)流量設(shè)定;B最大壓力設(shè)定;C滑塊位置逐漸壓緊物料直至達(dá)到設(shè)定壓力，之后進(jìn)入保壓狀態(tài);D如果保壓時(shí)間足夠長(zhǎng)，可以關(guān)閉油路系統(tǒng)的控制閥，封閉油路完成保壓，此時(shí)可以關(guān)斷電機(jī)。
5、階段4(回程狀態(tài)：滑塊由位置C運(yùn)行到位置A)。A同階段1，但運(yùn)動(dòng)方向相反。
在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，控制邏輯的程序和控制工藝的程序會(huì)被放在可編程邏輯控制器(PLC)里執(zhí)行，而對(duì)于本項(xiàng)目使用的Siemens SINAMICS S120單軸伺服驅(qū)動(dòng)器，它本身具備的驅(qū)動(dòng)控制圖表DCC(Drive Control Chart)功能便可實(shí)現(xiàn)邏輯與工藝的編程，就好比伺服驅(qū)動(dòng)器也裝上了一個(gè)聰明的大腦，幫助上位機(jī)分擔(dān)了一部分運(yùn)算，這樣便省去了上位控制器和驅(qū)動(dòng)器通信的時(shí)間，使得單位時(shí)間里運(yùn)算次數(shù)更多，提高了控制精度和程序運(yùn)行效率。設(shè)備壓力精度從目標(biāo)值0.15 MPa提高到0.01～0.03 MPa，位置精度從目標(biāo)值0.015?mm提高到0.005～0.0075?mm，精度的提高讓大家手中的餐盤(pán)變得更加精美，讓空中旅行更有味道;同時(shí)加工效率也得到提升，最小滑塊工作循環(huán)周期為2～3?s。
由于用戶(hù)期待樣機(jī)可以在2013年上海國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)中與眾人見(jiàn)面，而調(diào)試于開(kāi)幕的前3周才開(kāi)始，通常的樣機(jī)開(kāi)發(fā)周期要將近一個(gè)月的時(shí)間，西門(mén)子的工程師面臨著時(shí)間緊、任務(wù)重的困難。得益于此項(xiàng)目采用的是全套西門(mén)子產(chǎn)品的電氣解決方案，基于全集成自動(dòng)化(Totally Integrated Automation)的高效組態(tài)與調(diào)試，大大縮短了項(xiàng)目周期;另外由德國(guó)運(yùn)動(dòng)控制部應(yīng)用技術(shù)中心針對(duì)伺服泵及液壓成型機(jī)具體工藝開(kāi)發(fā)的算法程序包，極大程度地縮短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的周期，工程師只需修改相應(yīng)接口的參數(shù)即可完成用戶(hù)自定義的工藝控制。使得原計(jì)劃近一個(gè)月的項(xiàng)目在一周左右的時(shí)間內(nèi)完成。此算法程序包由西門(mén)子免費(fèi)提供并開(kāi)放源代碼。更值得一提的是，西門(mén)子針對(duì)于不同行業(yè)和不同應(yīng)用，提供了豐富的工藝包：印刷行業(yè)、注塑行業(yè)、收放卷應(yīng)用以及飛剪應(yīng)用等，使用戶(hù)節(jié)省了成本，并為設(shè)備的改進(jìn)提供了上升的空間。
